(57)【要約】【課題】加工領域部である最小隙間部の側面近傍に障害物を設けて工具回転方向と直交する方向に漏れていた研摩液及び砥粒を最小隙間部に導くことで、効率良く研磨することができる研磨工具を提供すること。【解決手段】本発明の研磨工具は、円柱形状の円筒面に曲率を有したシリンドリカル面を有する弾性回転工具で、非加工物と弾性回転工具の曲率を有したシリンドリカル面とで構成する最小隙間部である加工領域の回転方向と直角方向の回転工具側面に、非加工物表面の粗さを悪化させることのない剛性を有した弾性体を設置することにより、加工領域内部からの研摩液及び砥粒の流出を防止することを特徴とする。【選択図】図１
2006218558.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性回転体を研磨液中で非加工物と相対する位置で回転させ、弾性回転工具と非加工物との間を通過する研磨液により非加工物の表面粗さを改善する加工方法において、
弾性回転体と非加工面で形成される最小隙間近傍の弾性回転体の回転方向と一致しない研磨液の流れを抑止する手段を有することを特徴とする研磨工具。
【請求項２】
研磨液の流れを抑止する手段が弾性体であることを特徴とする請求項１記載の研磨工具。
【請求項３】
弾性体を磁性粘性流体で構成することを特徴とする請求項２記載の研磨工具。
【請求項４】
研磨液の流れを抑止する手段が研磨液による流体圧であることを特徴とする請求項１記載の研磨工具。
【請求項５】
弾性回転体を回転させる手段と、弾性回転体に非加工物方向の圧縮力を負荷する手段と、弾性回転体と非加工面で形成される最小隙間近傍の弾性回転体の回転方向と一致しない研磨液の流れを抑止する手段を有する研磨装置。
【請求項６】
弾性回転体を研磨液中で非加工物と相対する位置で回転させ、弾性回転工具と非加工物との間を通過する研磨液により非加工物の表面粗さを改善する加工方法であって、回転弾性体側面に弾性体を設置して、弾性回転体と非加工面で形成される最小隙間近傍の弾性回転体の回転方向と一致しない研磨液の流れを抑止することを特徴とする研磨方法。
【請求項７】
弾性回転体を研磨液中で非加工物と相対する位置で回転させ、弾性回転工具と非加工物との間を通過する研磨液により非加工物の表面粗さを改善する加工方法であって、回転弾性体側面に研磨液を噴射して、弾性回転体と非加工面で形成される最小隙間近傍の弾性回転体の回転方向と一致しない研磨液の流れを抑止することを特徴とする研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細砥粒を分散させた溶液（研磨液）中に被加工物を浸して、被加工物と研磨工具とが接触することのないように微小間隔を保った状態で研磨工具を回転させ、ニップ部に発生した液流によって被加工物に微細砥粒を衝突させて被加工物の表面を滑らかに仕上げるいわゆる非接触研磨に用いられる研磨工具、研磨装置及び研磨方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上記の非接触研磨はＥＥＭ（Elastic  Emission  Machining）と呼ばれる研磨方法であって、レンズ、ミラー等の光学部品の加工では、ポリウレタン球や、内部に気体を封入した弾性薄膜部材が研磨工具として用いられてきた（特許文献１，２参照）。
【０００３】
例えば、図６に示すように、ポリウレタン球等の弾性体１０１を一体的に支持するコア１０２をネジ部材１０３によって回転軸１１１の先端に固定し、回転軸１１１を、筐体１１２に保持された一対のベアリング１１３，１１４によって回転支持させ、カップリング１１５によって回転軸１１１の後端をモータ１１６に接続して、研磨液に浸した弾性体１０１を高速回転させる。
【０００４】
弾性体１０１を回転軸１１１に固定するためのコア１０２は、アルミやＳＵＳ材で構成され、コア１０２の周りにポリウレタン樹脂を創生したものの外形を、研削加工等の機械加工手段を用いて一定の曲率半径を有する球形状に加工することで弾性体１０１を形成する。
【０００５】
治具１２０に保持された被加工物Ｗo と、弾性工具本体部である球状の弾性体１０１とのニップ部における間隔は通常数μｍ以下であるため、弾性体１０１の真球度は前記間隔以下に加工する必要がある。
【０００６】
中実の弾性工具も、内部に気体を封入した中空の工具もそれぞれの回転により発生するそれぞれの工具表面と非加工物Ｗo で構成される数ミクロン厚さの隙間に研摩液及び研摩砥粒が流入し通過する際に研摩砥粒が非加工物Ｗo に弾性接触し、表面のごく微量の原子を化学的に除去する構成となっている。
【０００７】
【特許文献１】特公平２−０２５７４５号公報
【特許文献２】特公平６−０２３６６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来の技術によれば、ポリウレタン等の弾性球体を用いた中実の回転工具は、弾性球体の連れ回りにより研摩液の流れが発生しているが、回転と直交する方向が開放されており、最も除去加工が進行する最小隙間部分で研摩液の流れが回転方向から側面の開放方向にずれてしまう。その結果、最小隙間部の直前で研摩液及び砥粒の一部が最小隙間部を通過しないで側面方向に流出することになり本来供給される筈の砥粒数が減少し、結果的に除去効率が低下することになるという問題があった。
【０００９】
又、原子的除去機構故に除去量は非常に少なく加工時間が膨大に掛かり、非能率的なため、弾性回転工具の回転数を高速にしたいが、回転数を高速にするとキャビテーションが発生し、加工を阻害するという問題もあった。
【００１０】
本発明は上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、加工領域部である最小隙間部の側面近傍に障害物を設けて工具回転方向と直交する方向に漏れていた研摩液及び砥粒を最小隙間部に導くことで、効率良く研磨することができる研磨工具、研磨装置及び研磨方法を提供することを目的とするものである。
【００１１】
又、本発明は、弾性回転球の回転速度を上げることで発生するキャビテーションを防止し、単位時間当りの除去量を増加させて加工効率の改善を行うことができる研磨工具、研磨装置及び研磨方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の研磨工具は、円柱形状の円筒面に曲率を有したシリンドリカル面を有する弾性回転工具で、非加工物と弾性回転工具の曲率を有したシリンドリカル面とで構成する最小隙間部である加工領域の回転方向と直角方向の回転工具側面に、非加工物表面の粗さを悪化させることのない剛性を有した弾性体を設置することにより、加工領域内部からの研摩液及び砥粒の流出を防止することを特徴とする。
【００１３】
ＭＲ流体（磁性粘性流体）を保持するための磁力発生源としては、コイルを配した電磁石であっても良い。
【００１４】
本発明の研磨工具は、円柱形状の円筒面に曲率を有したシリンドリカル面を有する弾性回転工具で、非加工物と弾性回転工具の曲率を有したシリンドリカル面とで構成する最小隙間部である加工領域の回転方向と直角方向の回転工具側面部に加工領域及び加工領域の流れ下流部でキャビテーションが発生する領域に研摩液を噴出し、噴出した研摩液圧力により加工領域内部からの研摩液及び砥粒の流出を防止するとともにキャビテーション発生個所の圧力を上昇させてキャビテーションの発生を防止し、工具回転数を高速にして加工効率を増大することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の研摩装置によれば、ヨークの凹形状部分に保持させた磁性粘性流体により、回転弾性体側面に加工領域から流出する研摩液及び砥粒を遮断し、流出を防止し、より多くの砥粒を加工領域に送り込むことができるので単位時間当たりの除去量を増加することが可能となる。
【００１６】
又、回転弾性体の両側面に研摩液吐出口を設け、そこから研摩液を吐出することで吐出した研摩液の圧力により加工領域内から流出する研摩液及び研摩吐粒を加工領域内に封じこめて加工領域内からの流出を防止することで、加工領域内により多くの研摩砥粒を供給し非加工物と砥粒との接触頻度を上げることで除去量を増大し、加工効率を向上することが可能となる。
【００１７】
又、回転弾性体と非加工物とで構成する隙間の加工領域下流部に一定圧力の研摩液を吐出することで、キャビテーションを防止することが可能となり、回転弾性体の回転数を上げることができるので、単位時間当りの除去量を増大させ、加工効率を向上することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１９】
＜実施の形態１＞
図１は本発明の特徴を最も良く表す図面で、一実施の形態による研磨ヘッドを示すもので、図７に示す研摩装置に取り付けてレンズ、ミラー等の光学部品の研磨加工を行うものである。研磨ヘッドは、ＳＵＳ４１０製の円柱コアの外周部にウレタンゴムを装着した弾性回転工具１を研磨装置１００への取り付けベース８に接続された回転モータ７、不図示の動力伝達軸、回転モータ７の動力を弾性回転工具１に伝達するためのギアボックス６を介して弾性工具回転軸１８に伝えられた回転力により回転させる構造となっている。弾性回転工具１は、外周面断面がＲ３０ｍｍの曲率を有した球面で幅は２０ｍｍ、ウレタンゴム層の厚さは最外周から５ｍｍとなっている。弾性回転工具１は回転数は通常２４００ｒｐｍで回転させている。
【００２０】
弾性回転工具１が回転することにより、被加工物２０と弾性回転工具１の円周面との間で楔効果による研磨液の流体圧力が発生する。この流体圧力による浮上力とボイスコイル８による押し付け荷重が釣りあった位置で弾性回転工具１は浮上し、被加工物２０との間に１μｍ前後の隙間を形成する。この隙間に研磨砥粒が精製水の流れにより供給され被加工物２０の表面に弾性的に接触することで研磨砥粒との間の化学的作用により原子単位の除去が進行するものである。
【００２１】
本実施の形態では、砥粒としては酸化セリウム（ＣｅＯ2）を使用し、被加工物は石英（ＳｉＯ2）を使用している。
【００２２】
更に、本実施の形態では、弾性回転工具１と被加工物２０とで構成される隙間により多くの砥粒を供給するために、隙間内部の加工領域から側面に流出する砥粒を遮断するために図３−ａ及び図３−ｂに示すようにＭＲ流体（磁気粘性流体）による遮断壁を設けている。遮断壁の構成は、弾性回転工具１と被加工物２０とで構成される最小隙間部近傍で弾性回転工具１の両側面に第１の磁石１２、第１のヨーク４を保持するための第１のホルダー２及び第２の磁石１１、第２のヨーク１３を保持するための第２のホルダー３を設けている。
【００２３】
更に、第１のヨーク３及び第２のヨーク４の先端凹部にMR流体が第１、第２の磁石３，４の磁力により保持される構成となっている。保持されたＭＲ流体（磁性粘性流体）は、弾性回転工具１よりも径方向で  非加工物２０側に飛び出しており、非加工物２０と柔軟に接触する構成となっている。
【００２４】
弾性回転工具１の回転方向と直角方向から見た図３−ｂで構成を説明する。第１のホルダー内には、第１の永久磁石１２と第３の永久磁石１６が対向して保持されている。第１の永久磁石１２はＮ極を被加工物２０側に、Ｓ極を取り付けベース１１側にして固定されてＳＵＳ４１０製のヨーク４と接している。第３の永久磁石１６はＳ極を被加工物２０側に、Ｓ極を取り付けベース１１側にして固定されてＳＵＳ４１０製のヨーク４と接している。本実施の形態では、永久磁石としてＳｍ−Ｃｏ系磁石を使用している。
【００２５】
以上の構成にすることで、弾性回転工具１と被加工物２０とで構成される隙間から図６に示すように側面に流出する流れを防止することが可能となり、従来は、加工領域外に流出していた研摩砥粒を加工領域内に供給することができ、従来よりも加工効率を上げることが可能となる。
【００２６】
又、本実施の形態によれば、工具回転の変動や非加工面の形状変動により工具浮上力が低下するような自体が発生して隙間が減少するような事態になっても、ＭＲ流体の存在により被加工物２０に弾性回転工具２０が接触することはなく、非接触の状態を維持できるので研摩傷等の不良発生を回避することができる。
【００２７】
＜実施の形態２＞
図４は本発明の実施の形態２を示すもので、図７に示す研磨装置に取り付けてレンズ、ミラー等の光学部品の研磨加工を行うものである。研磨ヘッドは、ＳＵＳ４１０製の円柱コアの外周部にウレタンゴムを装着した弾性回転工具２１を研磨装置１００への取り付けベース３１に接続された回転モータ２７、不図示の動力伝達軸、回転モータ２７の動力を弾性回転工具２１に伝達するためのギアボックス２６を介して弾性工具回転軸２８に伝えられた回転力により回転させる構造となっている。
【００２８】
弾性回転工具２１は、外周面断面がＲ３０ｍｍの曲率を有した球面で幅は２０ｍｍ、ウレタンゴム層の厚さは最外周から５ｍｍとなっている。弾性回転工具２１は、回転数は通常２４００ｒｐｍで回転させている。
【００２９】
弾性回転工具２１が回転することにより、被加工物２０と弾性回転工具２１の円周面との間で楔効果による研磨液の流体圧力が発生する。この流体圧力による浮上力とボイスコイル２８による押し付け荷重が釣り合った位置で弾性回転工具２１は浮上し、被加工物２０との間に１μｍ前後の隙間を形成する。この隙間に研磨砥粒が精製水の流れにより供給され被加工物２０の表面に弾性的に接触することで研磨砥粒との間の化学的作用により原子単位の除去が進行するものである。
【００３０】
本実施の形態では、砥粒としては酸化セリウム（ＣｅＯ2）を使用し、被加工物は石英（ＳｉＯ2）を使用している。
【００３１】
更に、本実施の形態では、弾性回転工２１と被加工物２０とで構成される隙間に、より多くの砥粒を供給するために、隙間内部の加工領域から側面に流出する砥粒を遮断する構成とした。具体的には、図４に示すように、弾性回転工具２１の回転方向側面部に研磨液噴射ノズル２２及び２４を加工領域近傍の側面に相対するように配置し、弾性回転工具２１の加工領域側面に向かって流量５００ｍｌ／ｍｉｎで研磨液を噴射する構成となっている。研磨液噴射ノズル２２及び２４の研磨液噴射口２３，２５は５ｍｍ×０．３ｍｍの矩形形状をしている。研磨液噴射ノズル２２及び２４への研磨液供給は、研磨液供給ホース３２を通じて不図示の研磨液循環供給装置から供給される。研磨液噴射ノズル２２，２４に研磨液供給ホース３２から供給された研磨液は、研磨液噴射ノズル内の空間で均一圧力にした後、研磨液噴射口２３，２５から均一に噴射される構造となっている。
【００３２】
研磨液噴射ノズル２２，２４の研磨液噴射口２３，２５から噴射される研磨液により弾性回転工具２１と非加工物２０との間に構成される隙間の加工領域内部から弾性回転工具２１の回転方向と直交する方向の側面方向に流出する砥粒の運動を抑制し、加工領域外部へ流出する砥粒を加工領域を通過させることによって、被加工物２０と研磨砥粒との接触機会を増加させることで確実に加工効率を向上することが可能となる。
【００３３】
又、図５に示すように、加工領域下流部の出口付近に研磨液を供給する研磨液供給ノズル３５を設けることで、出口部分の圧力を上昇させることができ、弾性回転工具２１の回転数を上げることで発生するキャビテーションを抑止することができる。従って、出口付近に新たに研磨液供給ノズル３５を設けることによって、キャビテーションを抑止できるので、弾性回転工具２１の回転数を上げることができ、被加工物２０への砥粒の接触回数と接触力を増大でき、加工効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態１による研磨ヘッドを示す断面図である。
【図２】弾性回転工具による加工領域の研摩液の流れ状態を説明する図である。
【図３−ａ】本発明の実施の形態１における構造を示す図である。
【図３−ｂ】本発明の実施の形態１における構造を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２による研摩ヘッドを示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２による変形形態を示す構成図である。
【図６】従来の加工領域における研摩液の流れ状態を示す図である。
【図７】本提案の研摩ヘッドを装着する研摩装置の外観図である。
【図８】従来例を示す模式断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１      弾性回転工具
２，３  第１、第２のホルダー
４，５  磁性流体
６      動力伝達ギア
７      回転モータ
８      荷重負荷用ボイスコイル
９      研摩ヘッド筐体
１０    弾性回転工具支持プレート
１１    第２の永久磁石
１２    第１の永久磁石
１３    第２のヨーク
１４    第１のヨーク
１５    取り付けベースプレート
１６    第３の永久磁石
１７    弾性回転工具支持プレート
１８    弾性回転工具回転軸
１９    弾性回転工具コア
２０    被加工物
２１    弾性回転工具
２２    第１の研摩液吐出ユニット
２３    第１の研摩液吐出口
２４    第２の研摩液吐出ユニット
２５    第２の研摩液吐出口
２６    動力伝達ギア
２７    回転モータ
２８    荷重負荷用ボイスコイル
２９    研摩ヘッド筐体
３０    弾性回転工具支持プレート
３１    取り付けベースプレート
３２    研摩液供給ホース
３３    研摩液供給ホース
３４    研摩液供給ホース
３５    研摩液吐出ノズル
【図１】
2006218558.tif 000003
【図２】
2006218558.tif 000004
【図３−ａ】
2006218558.tif 000005
【図３−ｂ】
2006218558.tif 000006
【図４】
2006218558.tif 000007
【図５】
2006218558.tif 000008
【図６】
2006218558.tif 000009
【図７】
2006218558.tif 000010
【図８】
2006218558.tif 000011